Løsningsforslag eksamen i TMA4100 Matematikk desember Side 1 av 7

Like dokumenter
OPPGAVE 1 LØSNINGSFORSLAG

TMA4100 Matematikk 1, 4. august 2014 Side 1 av 12. x 2 3x +2. x 2

= x lim n n 2 + 2n + 4

Løsningsforslag til Eksamen i MAT111

Institutionen för Matematik, KTH

Oppsummering TMA4100. Kristian Seip. 16./17. november 2015

Eksamen i emnet MAT111/M100 - Grunnkurs i matematikk I Mandag 15. desember 2003, kl (15) LØYSINGSFORSLAG OPPGÅVE 2:

BYFE DAFE Matematikk 1000 HIOA Obligatorisk innlevering 5 Innleveringsfrist Fredag 15. april 2016 kl 14 Antall oppgaver: 8

Løsningsforslag til Mat112 Obligatorisk Oppgave, våren Oppgave 1

UNIVERSITETET I BERGEN

SIF5003 Matematikk 1, 5. desember 2001 Løsningsforslag

Løsningsforslag til utvalgte oppgaver i kapittel 10

Oppsummering TMA4100. Kristian Seip. 26./28. november 2013

TMA4100 Matematikk1 Høst 2009

Løsningsforslag eksamen 18/ MA1102

Løsningsforslag: Eksamen i MAT111 - Grunnkurs i Matematikk I

Løsningsforslag Eksamen M100 Høsten 1998

Løsningsforslag til eksamen i MAT111 - Grunnkurs i Matematikk I

Eksamensoppgave i MA1101/MA6101 Grunnkurs i analyse I. LØSNINGSFORSLAG

NTNU. TMA4100 Matematikk 1 høsten Løsningsforslag - Øving 12. Avsnitt Ved Taylors formel (med a = 0) har vi at. 24 For x < 0 har vi at

Potensrekker Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

UNIVERSITETET I OSLO

Prøve i Matte 1000 BYFE DAFE 1000 Dato: 03. mars 2016 Hjelpemiddel: Kalkulator og formelark. Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

Løsningsforslag eksamen MAT111 Grunnkurs i Matematikk I høsten 2009

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

Løsningsforslag til eksamen i MA0002, Brukerkurs i matematikk B

UNIVERSITETET I BERGEN Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet. Obligatorisk innlevering 3 i emnet MAT111, høsten 2016

NTNU Institutt for matematiske fag. TMA4100 Matematikk 1 høsten Løsningsforslag - Øving 8. Oppgave 1. Oppgave 2

Løsningsforslag. Prøve i Matematikk 1000 BYFE DAFE 1000 Dato: 29. mai 2017 Hjelpemiddel: Kalkulator og formelark. Oppgave 1 Gitt matrisene.

Den deriverte og derivasjonsregler

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

Oppsummering TMA4100. Kristian Seip. 17./18. november 2014

EKSAMEN I EMNET Løsning: Mat Grunnkurs i Matematikk I Mandag 14. desember 2015 Tid: 09:00 14:00

MA1101 Grunnkurs Analyse I Høst 2017

Test, 4 Differensiallikninger

IR Matematikk 1. Eksamen 8. desember 2016 Eksamenstid 4 timer

Oversikt over Matematikk 1

Løsningsforslag Prøveeksamen i MAT-INF 1100, Høsten 2003

UNIVERSITETET I OSLO

Potensrekker Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Løsningsforslag. Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver teller like mye.

Potensrekker Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

Løsningsforslag. e n. n=0. 3 n 2 2n 1. n=1

Løsningsforslag. Oppgave 1 Gitt matrisene ] [ og C = A = 4 1 B = 2 1 3

UNIVERSITETET I BERGEN Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet. Eksamen i MAT111 Grunnkurs i matematikk I Løsningsforslag

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I MA0001 BRUKERKURS A Tirsdag 14. desember 2010

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

Korreksjoner til fasit, 2. utgave

Løsningsforslag Eksamen i MA1102/MA6102 Grunnkurs i analyse II 17/

Oppsummering MA1101. Kristian Seip. 23. november 2017

x 2 = x 1 f(x 1) (x 0 ) 3 = 2 n x 1 n x 2 n 0 0, , , , , , , , , , , 7124

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

Løsningsforslag til eksamen i MAT111 Vår 2013

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN I GRUNNKURS I ANALYSE I (MA1101/MA6101)

Løsningsforslag. Avgjør om følgende rekker konvergerer. Finn summen til de rekkene som konvergerer. a) 2 2n /3 n

x 2 = x 1 f(x 1) (x 0 ) 3 = 2 x 2 n n x 1 n 0 0, , , , , , , , , , , 7124

OPPGAVE 1 NYNORSK. LØYSINGSFORSLAG Eksamen i MAT111 - Grunnkurs i matematikk I onsdag 16. mai 2012 kl. 09:00-14:00. a) La z 1 = 3 3 3i, z 2 = 4 + i,

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

EKSAMEN Løsningsforslag

Difflikninger med løsningsforslag.

EKSAMEN I MATEMATIKK 1000

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

Løsningsforslag. og B =

EKSAMEN TMA4100 HØST 2014 LØSNINGSFORSLAG. du/dx = e x du = e x dx, Her har vi brukt analysens fundamentalteorem til å derivere telleren.

TMA4100 Matematikk 1 for MTDESIG, MTIØT-PP, MTMART og MTPROD høsten 2010

Løsningsskisser til oppgaver i Kapittel Integrerende faktor

e x = 1 + x + x2 2 + R 2(x), = e 3! ( 1) n x n = n! n=0 y n+1 = y 0 + f(t, y n (t)) dt 1 dt = 1 + x (1 + t) dt = 1 + x x2

Løsning av utvalgte øvingsoppgaver til Sigma R2 kapittel 5

Fasit til utvalgte oppgaver MAT1100, uka 15/11-19/11

n=0 n=1 n + 1 Vi får derfor at summen er lik 1/2. c)

Løsningsforslag, eksamen MA1101/MA6101 Grunnkurs i analyse I, vår 2009

Løsningforslag, Øving 9 MA0001 Brukerkurs i Matematikk A

LYØSINGSFORSLAG Eksamen i MAT111 - Grunnkurs i matematikk I onsdag 18. mai 2011 kl. 09:00-14: i( 3 + 1) = i + i + 1

Finne løsninger på ligninger numerisk: Newton-Raphson metoden og Fikspunktiterasjon MAT111, høsten 2017

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag. og B =

OPPGAVESETT MAT111-H17 UKE 47. Oppgaver til seminaret 24/11

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2014

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2016

Eksamen R2, Våren 2009

Løsningsforslag. f(x) = 2/x + 12x

Prøve i Matte 1000 ELFE KJFE MAFE 1000 Dato: 02. desember 2015 Hjelpemiddel: Kalkulator og formelark

Differensjalligninger av førsteorden

UNIVERSITETET I OSLO

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

Høgskolen i Agder Avdeling for realfag EKSAMEN

UNIVERSITETET I OSLO

Ekstremverdier Mellomverdisatsen Forelesning i Matematikk 1 TMA4100

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2017

3.1 Første ordens lineære difflikninger. y + f(x)y = g(x) (3.1)

Høgskolen i Oslo og Akershus. 1 (x 2 + 1) 1/2 + x 1 2 (x2 + 1) 1/2 (x 2 + 1) = x 2x 2 x = = 3 ln x sin x

Differensialligninger

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

x(x 1)(x 2) p(x) = 3,0 1( 1 1)( 1 2) Newtons interpolasjonsformel: Tabellen over dividerte differenser er gitt ved

LØSNING, KOMMENTAR & STATISTIKK

NTNU. TMA4100 Matematikk 1 høsten Løsningsforslag - Øving 5. Avsnitt Vi vil finne dx ( cos t dt).

Løsningsskisser - Kapittel 6 - Differensialligninger

EKSAMEN BOKMÅL STEMMER. DATO: TID: OPPG. SIDER: VEDLEGG: 3 desember :00-13: FAGKODE: IR Matematikk 1

Løsningsforslag. 3 x e. g(x) = 1 + x4 x 2

UNIVERSITETET I OSLO

Transkript:

Løsningsforslag eksamen i TMA4 Matematikk 2. desember 23. Side av 7 Oppgave Løs initialverdiproblemet y (2/x)y, y() 2. Løsning: y (2/x)y er en førsteordens lineær differensialligning. Vi finner en løsning på intervallet (, ). Den integrerende faktoren er e (2/x) dx e 2 ln x x 2, så ligningen kan bli omskrivet til d dx (yx 2 ) y x 2 y 2 x x2 3 x. 2 Det følger at yx 2 dx x + c. Da y() 2, følger det at c, så løsningen til initialverdiproblemet y (2/x)y, y() 2 er y (x + ) x 3 +. Oppgave 2 Beregn det ubestemte integralet dx x 3 + x. Løsning: Da x 3 + x x( + ) forsøker vi at omskrive passende valg av konstanter a, b og c. ax + b + + c x (ax + b)x + c(x2 + ) x( + ) x 3 + x (a + c)x2 + bx + c x 3 + x til ax + b + + c x for så ax + b + + c x hvis og bare hvis a + c, b og c. Det er enkelt x 3 + x å se at a + c, b og c hvis og bare hvis a, b og c. Vi har altså at x 3 + x x x, og dermed at + dx x 3 + x x x + dx x dx x + dx. Vi har at dx ln x + c. x x For å beregne integralet + dx gjør vi bruk av substitusjonen y x2 +. Da er dy 2x dx og x + dx dy 2 y 2 ln y + c 2 ln(x2 + ) + c. Dermed har vi at dx x 3 + x x dx x + dx ln x x 2 ln(x2 + ) + c ln x2 + + c.

Løsningsforslag eksamen i TMA4 Matematikk 2. desember 23. Side 2 av 7 Oppgave 3 Vi skal løse ligningen 2 cos x. a) Vis at ligningen har nøyaktig én løsning på intervallet [, 2]. Har ligningen noen løsning utenfor dette intervallet? Løsning: Funksjonen f(x) 2 cos x er kontinuerlig, og da f() 2 < og f(2) 4 2 cos(2) > følger det av skjæringssetningen (mellomverdisetningen) at det finnes en c i intervallet [, 2] slik at f(c). Ligningen 2 cos x har altså en løsning på intervallet (, 2). Da f (x) 2x + 2 sin(x) > for alle x >, er f strengt voksende på intervallet [, ), og ligningen 2 cos x har derfor nøyaktig én løsning på intervallet [, 2]. Da f er en jevn funksjon (dvs. f( x) f(x) for alle x), må ligningen 2 cos x også ha en løsning på intervallet [ 2, ] (nemlig x c). (Da f er strengt avtagende på intervallet (, ] (fordi f er jevn og strengt voksende på [, )), og strengt voksende på [, ), følger det at x ±c er de eneste løsningene til ligningen 2 cos x.) b) Bruk Newtons metode til å finne løsningen på intervallet [, 2] med tre desimalers nøyaktighet. Løsning: Vi lar x og setter x n+ x n f(x n) f (x n ) x n x2 n 2 cos x n 2x n + 2 sin x n. Da får vi x,288593,,268997 og x 3,2689954. Det synes at de 3 første desimaler har stabilisert seg, så vi gjetter på at løsningen med tre desimalers nøyaktighet er x,22, dvs. vi gjetter på at løsningen tilhører intervallet [,25,,225). Da f(,25),7252 < og f(,225),33854 > ser vi at det er tilfellet, så løsningen med tre desimalers nøyaktighet er x,22. (Hadde vi i stedet startet med x 2, hadde vi fått x,6958482,,29927, x 3,272598, x 4,2689954 og x 5,2689954. Vi kan ikke starte med x fordi f ().) Oppgave 4 Finn punktene der funksjonen f(x) x (x 2) 2 oppnår henholdsvis sitt maksimum og sitt minimum på intervallet [, 4].

Løsningsforslag eksamen i TMA4 Matematikk 2. desember 23. Side 3 av 7 Løsning: Funksjonen f oppnår sitt maksimum og minimum enten i endepunktene av intervallet, i punkter der f ikke er deriverbar, eller i punkter der f (x). Funksjonen f er deriverbar i alle punkter pånær når x, og Vi har at og f 2(x 2) for x <, (x) 2(x 2) for x >. 2(x 2) x 2 /2 x 3/2, 2(x 2) x 2 /2 x 5/2, så det eneste punktet i intervallet [, 4] der f (x) er x 5/2. Da f() 3 < f() f(4) < f(5/2) 5/4, ser vi at funksjonen f oppnår sitt maksimum på intervallet [, 4] i punktet x 5/2 og sitt minimum på intervallet [, 4] i punktet x. Oppgave 5 Gitt funksjonen f(x) x Bestem buelengden til grafen til f. Løsning: Buelengden til grafen til f er 2 cos2 t dt, x [, π/4]. (f (x)) 2 + dx. Det følger av analysens fundamentalsetning at f (x) 2 cos 2 x, så (f (x)) 2 + 2 cos 2 x og (f (x)) 2 + 2 cos x (da cos(x) for x [, π/4]), og derfor er buelengden til grafen til f lik (f (x)) 2 + dx 2 cos x dx 2 2 cos x dx 2 2[sin x] π/4 2 2(sin(π/4) sin()) 2 2(/ 2 ) 2. (Vi har her brukt at cos x er en jevn funksjon fra hvilke det følger at 2 cos x dx.) cos x dx

Løsningsforslag eksamen i TMA4 Matematikk 2. desember 23. Side 4 av 7 Oppgave 6 Uttrykk funksjonen e x2 som en Maclaurinrekke, og bruk denne rekken til å uttrykke det bestemte integralet e x2 som en alternerende rekke. Hvor mange ledd må du summere for at partialsummen av denne rekken skal approksimere integralet med en feil mindre enn 2? (Vink: Det kan antas kjent at e t t n holder for alle reelle tall t.) Løsning: Da e t t n dx holder for alle reelle tall t, er ( ) n e x2 ( ) n n for alle reelle tall x, og derfor er ( ) n n e x2 og for alle reelle tall x, og n e x2 ( ) n n 2 n ( ) n+ n (n + )! for alle reelle tall x forskjellig fra. Hvis x så er følger at hvis vi definerer funksjonen f ved å sette e x2 hvis x, f(x) hvis x, ( ) n+ n (n + )!. Det så er ( ) n+ n (n + )!

Løsningsforslag eksamen i TMA4 Matematikk 2. desember 23. Side 5 av 7 Maclaurinrekken til f. Da Maclaurinrekken til f konvergerer mot e x2 for alle x der e x2 er definert (dvs. for alle x ), har vi uttrykt funksjonen e x 2 som en Maclaurinrekke. Det følger også at e x2 dx ( ) n+ n (n + )! dx [ Vi har hermed uttrykt det bestemte integralet ( ) n+ n+ ] (2n + )(n + )! ( ) n+ (2n + )(n + )! e x2 dx som en alternerende rekke. Da følgen { } (2n+)(n+)! er en monoton avtagende følge som konvergerer mot, følger det at e x2 n ( ) k+ dx (2k + )(k + )! (2n + )(n + )! k n for alle n. Vi har derfor at hvis < ( ) k+ (2n+)(n+)! 2, så vil k (2k + )(k + )! e x2 approksimere integralet dx med en feil mindre enn 2. Da /6 > /, /3 > /, og /68 < /, må vi (2 2+)(2+)! (2 3+)(3+)! ( ) n+ summerer de 3 første leddene av rekken for at partialsummen (2n + )(n + )! approksimerer integralet med en feil mindre enn 2. (2+)(+)! Oppgave 7 Sindre skal steke ribbe til julaften og følger en oppskrift han har funnet på Internett. Vi kan anta at temperaturen på kjøkkentet er 2 grader. I tillegg antar vi at Newtons avkjølingslov gjelder slik at temperaturen i ribba endres med en rate som er proporsjonal med temperaturdifferansen mellom ribba og omgivelsene (kjøkken eller ovn). Vi antar dessuten at temperaturen i Sindres ovn endrer seg momentant til ønsket temperatur når Sindre skrur på bryteren. a) Sindre tar ribba ut av kjøleskapet en time før han skal steke den. Han stikker umiddelbart steketermometeret i ribba og leser av at temperaturen er 4 grader. Idet han setter ribba inn i ovnen, leser han av at temperaturen er 7 grader. Han lar så ribba steke i 3 minutter på 23 grader. Hva viser steketermometeret da?

Løsningsforslag eksamen i TMA4 Matematikk 2. desember 23. Side 6 av 7 Løsning: La T være temperaturen til omgivelsene, og la T (t) være temperaturen til ribba til tiden t hvor t måles i timer. Da har vi at dt (t) dt k(t T (t)) () for en konstant k. Ligningen () er en separabel differensialliging. Hvis vi separarer dt (t) de variable får vi kdt, hvorfra følger at T T (t) kt k dt dt (t) T T (t) ln T T (t) + c hvor c er en konstant. La vi t ser vi at c ln T T (). Vi har altså at T T () kt ln T T (t) + ln T T () ln T T (t). Når ribba stå på kjøkkentet, har vi at T 2, T () 4 og T () 7, så Det følger at og dermed at ( ) 2 4 k ln 7 2 7 ln. 4 t ln ( ) 7 4 ( ) 7 t 4 T T () ln T T (t) T T () T T (t). Temperaturen til ribba kan ikke bli høyere enn temperaturen til omgivelsene, så T T () T T () og T T (t) T T (t). Herav følger at T T (t) ( ) 4 t (T T ()) 7 og dermed at ( ) 4 t T (t) T (T T ()). 7 Når ribba stekes i ovnen er T 23 og T () 7, så T (/2) 23 ( ) 4 /2 4 (23 7) 23 223 7 7. Vi har altså at temperaturen til ribba etter den har stekt i 3 minutter er 23 223 4/7 28 grader.

Løsningsforslag eksamen i TMA4 Matematikk 2. desember 23. Side 7 av 7 b) I følge oppskriften skal Sindre nå skru temperaturen ned til 6 grader og ta ut ribba når termometeret viser 75 grader. Imidlertid har han nå ikke mer enn to timer til rådighet. Hva må han i stedet endre temperaturen til om julemiddagen skal bli ferdig i tide? Løsning: Nå er T () 23 223 4/7, og vi ønsker at T (2) 75. Vi skal altså finne T slik at T (t) T Det følger at vi må ha ( ) 4 2 ( T ( 23 223 4/7 )) 75. 7 T 75 ( ) 2 ( 4 7 23 223 4/7 ) ( ) 2 4378 238 397885 75. 4 58 7 Dvs. temperaturen til ovnen må settes til 4378 238 397885 58 75 grader. Oppgave 8 La {a n } være en følge. Vi antar at det finnes en r > slik at følgen {a n r n } er begrenset. Vis at da er potensrekken absolutt konvergent når x < r. a n x n Løsning: Da følgen {a n r n } er begrenset, finnes et tall K slik at a n r n K for alle n. Vi har da at a n x n a n r n xn K ( ) x n r n r for alle n. Når x < r er ( ) n x den geometriske rekken K konvergent (fordi x < ). Det følger derfor r r av sammenligningskriteriet at rekken a n x n er konvergent når x < r, dvs. at potensrekken a n x n er absolutt konvergent når x < r.